合成氨工業(yè)化學平衡原理的應用

第1頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月[復習目標]1、理解勒夏特列原理的涵義；掌握濃度、溫度、壓強等條件對化學平衡移動的影響。2、利用所學化學反應速率、化學平衡的原理來解釋生活、生產中的實際問題。第2頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月一、合成氨條件的選擇問題1：請同學們寫出合成氨的化學反應方程式，并說明這個反應有什么特點？N2+3H22NH3特點：

a、可逆反應b、正反應放熱c、正反應是氣體體積減小的反應。問題2：請同學們分析工業(yè)生產主要要考慮哪些問題？首要：經濟效益與社會效益基本要求：a、單位時間內產量高

b、原料利用率高反應速率問題化學平衡問題第3頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月問題3：根據(jù)以上要求，分別從化學反應速率和化學平衡兩個角度分析合成氨的合適條件。

填表高溫高壓使用高壓低溫無影響第4頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月一、合成氨條件的選擇使用催化劑：這樣可以大大加快化學反應速率，提高生產效率，也提高了經濟效益；選擇合適的溫度：500℃左右，該溫度是合成氨催化劑的活性溫度；選擇合適的壓強：20MPa~50MPa，該壓強下進行生產，對動力、材料、設備等來說正合適。合成氨的適宜條件實際生產中，還需將生成的NH3及時分離出來，并不斷向體系中補充N2、H2以增加反應物濃度，使平衡向合成氨的方向進行。第5頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月已知：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)+Q，2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)+Q回答下列問題：（1）從影響速率和平衡的因素分析，要有利于NH3和SO3的生成，理論上應采取的措施是＿＿＿＿＿＿＿。實際生產中采取的措施分別是中＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。（2）在實際生產的合成氨過程中，要分離出氨氣，目的是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿；而合成SO3過程中，不需要分離出SO3，原因是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。高溫高壓催化劑合成氨：高溫、高壓、催化劑；合成SO3：高溫、常壓、催化劑。減少生成物濃度，使平衡向生成NH3方向移動該反應向生成SO3的方向進行程度大，達到平衡后SO2余量較少，故不需要分離SO3思考1：第6頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月合成氨工業(yè)中，原料氣（N2、H2及少量CO、NH3的混合氣）在進入合成塔前常用醋酸二氨合銅（I）溶液來吸收原料氣中的CO，其反應是：[Cu(NH3)2Ac]+CO+NH3

[Cu(NH3)3]Ac·CO+Q（1）必須除去原料氣中CO的原因是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。（2）醋酸二氨合銅（I）吸收CO的生產適宜條件應是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。（3）吸收CO后的醋酸銅氨溶液經過適當處理又可再生，恢復其吸收CO的能力以供循環(huán)使用。醋酸銅氨溶液再生的生產適宜條件應是___________。除CO的原因是防止合成塔中的催化劑中毒吸收CO的適宜條件應選擇：低溫、高壓；高溫低壓。思考2：第7頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月

思考3：有平衡體系CO(g)+2H2(g)

CH3OH(g)+Q，為了增加甲醇的產量，工廠應采取的正確措施是（）A、高溫高壓

B、適宜溫度高壓催化劑C、低溫低壓D、低溫高壓催化劑B第8頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月

[典型例題分析]例1、氯化銅溶液為淡藍色，當加入濃鹽酸后，溶液就會變成黃綠色，這種顏色變化是由下列可逆反應引起的：[Cu(H2O)4]2++4Cl-

[CuCl4]2-+4H2O下列方法能使溶液變成淡藍色的是（）A、加蒸餾水B、加AgNO3溶液C、加NaCl溶液D、加鹽酸AB第9頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月例2、在氯化鐵溶液中加入難溶于水的碳酸鈣粉末，觀察到碳酸鈣逐漸溶解，產生無色氣體和紅褐色沉淀，試解釋觀察到的現(xiàn)象。解析：FeCl3在溶液中能發(fā)生水解。Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+（建立平衡），加入CaCO3時，它能與H+反應，放出CO2氣體，并使H+濃度減少（條件改變），使平衡向正反應方向移動（平衡移動），生成的Fe(OH)3不斷增加，從而產生紅褐色沉淀（產生結果）。第10頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月

例3、BiCl3水解生成BiOCl（BiOCl難溶于水).（1）BiCl3水解的反應方程式為：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。（2）醫(yī)藥上把BiOCl叫做次氯酸鉍，分析這種名稱是否合理：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。（3）把適量BiCl3溶于濃NaCl溶液中或溶于含有少量鹽酸的水中能得到澄清溶液，試用平衡移動原理分析可能的原因：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

BiCl3+H2OBiOCl+2HCl不合理；因為BiOCl中，Cl的化合價為-1價濃NaCl溶液中，Cl-抑制BiCl3的溶解，使Bi3+的濃度減少；鹽酸抑制Bi3+的水解第11頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月

例4、近年來，某些自來水廠在用液氯進行消毒處理時還加入少量液氨，其反應的化學方程式為NH3+HClOH2O+NH2Cl（一氯氨），NH2Cl較HClO穩(wěn)定，試分析加液氨能延長液氯殺菌時間的原因?解析：液氨與次氯酸反應生成較HClO穩(wěn)定的NH2Cl后，不影響HClO的殺菌效率，且由于反應可逆，隨HClO消耗，平衡逆向移動，從而延長HClO殺菌時間。第12頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月四、化學平衡的有關計算—程序法1、建立解題程序模式

mA(g)+nB(g)=pC(g)+qD(g)起始濃度轉化濃度平衡濃度2、確定關系(1)確定轉化濃度是解題的關鍵

(2)反應物:平衡濃度=起始濃度-轉化濃度生成物:平衡濃度=起始濃度+轉化濃

(3)(4)混合氣體的平均分子量

數(shù)值之比等于方程式中相應物質系數(shù)之比。3、依照題意，列式求解解題的突破點：[由方程式系數(shù)求出]n平(生成物)=n轉(生成物)n轉(反應物)n平(反應物)第13頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月1、在一定溫度、壓強和有催化劑存在條件下，將N2和H2按1：3的體積比混合，當反應達平衡時，混合氣中含有mmol的NH3，且NH3的體積分數(shù)量為a%，求起始時N2、H2的物質的量。設起始狀態(tài)N2為xmol，則H2為3xmol

N2＋3H2

2NH3起始物質的量(mol)x3x0轉化物質的量(mol)m/23m/2m平衡物質的量(mol)

m由題給條件知a%=第14頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月2.將等物質的量的A，B混合于2L的密閉容器中，發(fā)生反應3A（氣）＋B（氣）

xC（氣）＋2D（氣）經5min后達到平衡時，測知D的濃度為0.5mol/L，[A]：[B]=3：5，C的平均反應速率為0.1mol/L·min。試求（1）A的平衡濃度是多少？（2）B的平均反應速率？（3）x＝？設A的起始濃度為xmol/L；B的平均反應速度為VB。

3A(氣)＋B(氣)xC(氣)＋2D(氣)起始濃度(mol/L)xx00轉化濃度(mol/L)0.750.250.5平衡濃度(mol/L)0.1×50.5（1）由(x-0.75):(x-0.25)=3:5，得x=1.5(mol/L)；∴A的平衡濃度為1.5-0.75=0.75mol/L根據(jù)化學反應速率與反應方程式系數(shù)成比例的規(guī)律,不難得到（2)VB=VD/5=0.05mol/(L·min)；（3）VC=VD，∴x=2。

x-0.75

x-0.25第15頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月3、合成氨的反應在一定條件下達到平衡，測得體系中NH3為4mol，起始與平衡時的壓強之比為13：8，且[H2]始：[H2]平＝4：1，求N2和H2的轉化率。解：設N2、H2的起始物質的量分別為x、yN2+3H2

2NH3

總量始xy0x+y

變264

平x-2y-64x+y-4∴N2的轉化率×100%=83.3%H2的轉化率第16頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月4、1體積SO2和3體積空氣混合后在450℃以上通過V2O5催化劑發(fā)生反應。若同溫同壓下測得反應前后混合氣體的密度比為0.9：1，求SO2的轉化率。

分析：體積與密度為反比關系，反應前后氣體的密度比為0.9：1，則前后體積比為1：0.9，即氣體總體積減少了10%（0.4體積）。這樣就將已知的密度比轉換成了氣體體積差量，利用差量法進行計算：2SO2+O2=2SO3△V21x0.4X=0.8，即SO2的轉化率為80%第17頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月5、接觸法制硫酸中，焙燒黃鐵礦所得氣體含N278%、O211%、SO27%、CO24%，進入接觸室后反應，氣體體積變?yōu)樵瓉淼?6.7%，求SO2的轉化率及反應后O2和N2的體積比？

差量法2SO2+O2

2SO3△V21

1xy

1-96.7%轉化的SO2：X=6.6%轉化的O2:

y=3.3%SO2的轉化率為vN2∶vO2=780∶77第18頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月6、某可逆反應A(氣)＋B(氣)C(氣)，在兩個完全相同密閉容器中分別加入A、B各1摩，第一個容器溫度為400℃，達到平衡時壓強為原來的75%，第二個容器溫度為600℃，達到平衡時A的體積百分含量為25%，通過計算推斷該反應的正反應是吸熱反應還是放熱反應？

400℃時，設A的轉化率為xA(氣)+B(氣

C(氣)起始110轉化xxx平衡1-x1-xx平衡時混合氣體總物質的量是:2-x所以有x=50%達平衡時A的體積百分含量為50%600℃達平衡時，A的體積百分含量為25%,說明升高溫度時,平衡向正反應方向移動,所以該反應的正反應是吸熱反應。第19頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月7、一定條件下,在容積為2L的密閉容器里加入一定物質的量A,發(fā)生如下反應并建立平衡:

A(g)2B(g),2B(g)C(g)+2D(g)

測得平衡時各物質的量濃度是:[A]=0.3mol/L,[B]=0.2mol/L,[C]=0.05mol/L.最初向容器里加入A的物質的量是()

A.0.5molB.0.8mol

C.0.9molD.1.2mol

C第20頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月8、在一個x升的密閉容器中放入y升的A(氣)和z升的B(氣)，在一定條件下發(fā)生下列反應：3A(氣)+B(氣)

nC(氣)+2D(氣)。這平衡后，A的濃度減少1/2，混合氣的平均相對分子質量比原氣體增大1/8。式中n值(正整數(shù))為_____19、在一定溫度和壓強下，將平均分子相對質量為8.5的N2和H2的混合氣體，充入密閉容器中反應，達到平衡后，混合氣體的平均分子的相對質量為10.0，則N2的轉化率為____。30%第21頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月計算技巧：

1、差量法：例1、在一個固定體積的密閉容器中，放入2molX和3molY，在一定條件下反應：4X(氣)+3Y(氣)2Q(氣)+nR(氣)達到平衡后，容器內溫度不變，容器內壓強比原來增加5%，X的濃度減小1/3，則反應方程中的n值為（）

A、5B、3C、6D、2

練習1、將氣體A放入密閉容器中，在一定溫度時反應：2A(氣)

B(氣)+nC(氣)達到平衡時，壓強增大m%，測得A的轉化率也為m%，則n的值為（）

A、1B、2C、3D、4CC第22頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月2、極限法：例2、在一定溫度下的密閉容器中加入CO和H2O（氣）各1mol當反應CO+H2O（氣）

CO2+H2達到平衡時生成0.5mol的CO2，若其它條件不變，再充入8molH2O（氣）重新達到平衡時CO2的物質的量為（）

A、0.5molB、0.93molC、1molD、1.5mol

練習2、在一密閉容器中，用等物質的量的A和B發(fā)生如下反應：A（氣）+2B（氣）

2C（氣）反應達到平衡時，若混合氣體中A和B的物質的量之和與C的物質的量相等，則這時A的轉化率為：（）

A、40%B、50%C、60%D、70%BA第23頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月練習3：已知：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)；△H=-92.3KJ/mol現(xiàn)將1molN2與足量H2在一定條件下充分反應，放出的熱量————92.3KJ(填“＜”、“=”、“＞”)；簡述理由———————————————。＜上述反應為可逆反應，1molN2不可能全部轉化，故放出的熱量小于92.3KJ第24頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月3、守恒法：例3、將1molA、2molB的混合物132g在密閉容器中反應：A（氣）+2B（氣）

2C（氣）+2D（氣）達到平衡后，測得A的轉化率為30%，則平衡時混合氣體的平均分子量為（）

A、44B、48C、40D、52

練習3、在體積為20L的真空密閉容器中，充入0.1molH2和0.2molI2（氣），T1溫度下發(fā)生反應：H2(g)+I2(g)2HI(g)+熱量測得平衡時H2的轉化率為50%，再升溫到T2，平衡發(fā)生移動并達到新的平衡，測得HI的平衡濃度為T1時的一半，整個過程體積不變，則T2時平衡混合物的密度為（）g/LA、2.12B、2.55C、3.06D、3.18CB第25頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月謝謝第26頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月例6、牙齒表面由一層堅硬的、組成為Ca5(PO4)3OH的物質保護著，它在唾液中存在下列平衡：Ca5(PO4)3OH(固)5Ca2++3PO43-+OH-，進食后，細菌和酶作用于食物，產生有機酸，這時牙齒就會受到腐蝕，其原因是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿，已知Ca5(PO4)3F(固)的溶解度比上面礦化產物更小